KR20140043042A - Method for producing aggregates from cement compositions - Google Patents
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Abstract
프레시 시멘트 조성물, 포함된 콘크리트 및 잔류 콘크리트로부터 골재를 제조하는 방법이 개시된다. 이 방법은, a) 순간 경화 촉진제 및 b) 고흡수성 폴리머를 프레시의 미경화 시멘트 조성물에 첨가하는 단계 및 이 혼합물을 입자상 재료가 형성될 때까지 혼합하는 단계를 포함한다.Disclosed is a method for producing aggregate from fresh cement composition, embedded concrete and residual concrete. The method comprises the steps of: a) adding an instant cure accelerator and b) a superabsorbent polymer to the fresh, uncured cement composition and mixing the mixture until a particulate material is formed.
Description
본 발명은 프레시(fresh) 콘크리트 및 기타 시멘트 조성물로부터 골재를 제조하는 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은, 작업의 완료에 요구되는 양을 초과하는 미경화 잔류 콘크리트에 대한, 더욱 일반적으로는 임의의 이유로 타설되지 않고 재활용되어야 하는 콘크리트 혼합물에 대한, 간편한 적용법을 찾아낸다. 또한, 본 발명은 이러한 방법에 의하여 얻어진 재료에 관한 것이며, 또한, 그것의 콘크리트용 골재 및 기타 유용한 적용분야에서의 용도에 관한 것이다.The present invention relates to a process for producing aggregates from fresh concrete and other cement compositions. In particular, the present invention finds a simple application for uncured residual concrete in excess of the amount required to complete the work, more generally for concrete mixtures that must be recycled without being poured for any reason. The invention also relates to the material obtained by this method and also to its aggregates for concrete and use in other useful applications.
오늘날에는, 건설 현장 등에서 사용되는 콘크리트의 대부분은, 콘크리트 제조 공장으로부터 레디믹스 콘크리트의 형태로 트럭 믹서에 의하여 운송된다. 빈번하게도, 건설 현장에서 사용되지 않은 미경화 잔류 콘크리트는 동일한 트럭 믹서에 의하여 콘크리트 제조 공장으로 회송된다.Today, most of the concrete used in construction sites and the like is transported by truck mixers in the form of ready mixed concrete from concrete manufacturing plants. Frequently, unhardened residual concrete that is not used at the construction site is returned to the concrete manufacturing plant by the same truck mixer.
잔류 콘크리트가 발생되는 주된 이유는, 계약자들이 제조 공장에 통상적으로 주문할 때, 작업의 완료에 요구되는 것보다 많은 양의 콘크리트를 주문하기 때문이다. 실제로, 건설 회사들은 통상적으로, 추산 오차 또는 기타 예상치 못한 사고에 의하여 야기되는 타설 작업 동안의 콘크리트 부족을 겪기보다는 과잉 양의 콘크리트를 구매하는 것을 선호한다. 이러한 단점이 발생하게 되면, 이어지는 적용 단계들의 불편함 및 추가적인 양의 콘크리트 주문의 필요성으로 인하여 시간과 돈의 상당한 손실이 발생한다.The main reason for the residual concrete to occur is because when contractors typically place orders at the manufacturing plant, they order a larger amount of concrete than is required to complete the work. In practice, construction companies typically prefer to purchase excess amounts of concrete rather than suffer from concrete shortages during pour operations caused by estimation errors or other unexpected accidents. When this drawback occurs, there is a significant loss of time and money due to the inconvenience of subsequent application steps and the need for an additional amount of concrete order.
회송된 콘크리트를 처리하기 위한 번거로운 작업 및 비용은, 건설 현장으로부터 잔류 콘크리트를 받는 콘크리트 제조 공장에게 무거운 부담이 된다. 실제로, 미경화 잔류 콘크리트가 회송되면, 매우 빈번하게도, 산업 폐기물로서 폐기되며, 그에 따라, 자원과 추가적인 비용이 낭비된다. 최근에는, 폐기물의 폐기가 법률 규제에 의하여 더욱 어려워지고 더욱 비싸졌다. 그에 따라, 매립지에 버리는 것은 자제하게 되고, 반대로, 폐기물의 재활용이 강하게 장려되고 있다. 실제로, 유럽지침(European Directive) 2008/98/CE에 서술된 바에 따르면, 매립지로의 폐기는 폐기물 처리를 위한 최후의 선택사항으로 간주되어야 하며, 건설 현장에서 발생된 폐기물의 재활용은 2020년까지 적어도 70 퍼센트까지 증가하여야 한다. The cumbersome work and cost for treating the returned concrete is a heavy burden for the concrete manufacturing plant receiving residual concrete from the construction site. Indeed, when uncured residual concrete is returned, very often it is disposed of as industrial waste, thus wasting resources and additional costs. In recent years, the disposal of waste has become more difficult and more expensive due to legal regulations. As a result, it is forbidden to throw it in landfills, and conversely, recycling of waste is strongly encouraged. Indeed, as described in the European Directive 2008/98 / CE, disposal to landfills should be regarded as the final option for waste disposal, and recycling of waste from construction sites by at least 2020. Increase to 70 percent.
이러한 이유로, 잔류 콘크리트의 폐기를 방지하기 위한 강한 노력이 있었고, 미경화 잔류 콘크리트를 다른 형태로 효과적으로 재활용 및 재이용하기 위한 많은 처리법들이 제안되었다. For this reason, strong efforts have been made to prevent the disposal of residual concrete, and many treatments have been proposed for effectively recycling and reusing uncured residual concrete in other forms.
방파제, 평형추 또는 기타 블록(이들은 경화 후에 파쇄되어 도로 포장 재료로 사용된다) 용 콘크리트 요소의 제조를 위하여 잔류 콘크리트를 사용하는 처리법 외에도, 다른 방법 및 장치가 제안되었다.In addition to treatments using residual concrete for the production of concrete elements for breakwaters, counterweights or other blocks (they are crushed after curing and used as road pavement), other methods and devices have been proposed.
DE 3906645호는 잔류 미경화 콘크리트를 세척하는 장치를 기술하고 있는데, 이 장치는 믹서로 이루어져 있으며, 믹서 내에서는 잔류 콘크리트가 깨끗한 물로 세척된다. 이 세척 장치의 드럼 내부의 나선 시스템(spiral system)의 회전에 의하여, 자갈과 모래는 세척되고 분리되어 믹서로부터 추출되고, 희석된 상청액 시멘트 현탁액은 침전 탱크로 수집된다. 그 다음, 시멘트 입자로부터 정제된 모래와 자갈은 저장 지역으로 이송되어, 콘크리트 제조용 골재로서 재사용될 수 있다.DE 3906645 describes a device for cleaning residual unhardened concrete, which consists of a mixer, in which the residual concrete is washed with clean water. By rotating the spiral system inside the drum of this washing apparatus, the gravel and sand are washed and separated and extracted from the mixer, and the diluted supernatant cement suspension is collected into the settling tank. The sand and gravel purified from the cement particles can then be transferred to a storage area and reused as aggregate for producing concrete.
희석된 시멘트 현탁액은 침전 탱크에서 가라앉혀 맑게 되고, 시멘트 입자가 슬러지의 형태로 침전된 후에, 맑아진 물은 콘크리트용 혼합수로서 부분적으로 재이용될 수 있으며, 시멘트 슬러지는 탱크로부터 주기적으로 제거되어 폐기물로서 폐기된다. 이러한 시스템은 자갈과 모래의 재활용을 가능하게 하지만, 몇 가지 불리한 점을 갖는다. 첫 번째로는, 폐기물의 발생이 방지되지 않는다. 실제로, 시멘트 슬러지는, 탱크 내에서의 침전 후에, 주기적으로 제거되어 폐기되어야 한다. 두 번째로는, 다량의 물이 잔류 콘크리트를 세척하는데 요구된다. 예를 들면, 콘크리트 1 입방 미터 당 1.5 내지 2 입방 미터의 물이 필요하다. 그에 따라, 큰 체적의 오염된 물이 발생하게 된다. 이 물 중의 작은 부분만이 프레시 콘크리트 제조용 혼합수로서 재사용될 수 있다. 이는, 용해된 염 및 현탁된 고체가 존재하기 때문인데, 이들은 시멘트의 수화를 방해하고, 콘크리트의 기계적 강도의 발현에 해로운 영향을 미친다. 그리하여, 재사용되지 못하는 다량의 물은 방류되기 전에 처리되어야 하며, 그에 따라, 추가적인 비용이 발생하며 의무적으로 방류 승인을 받아야하는 부담이 발생한다.The diluted cement suspension is settled and cleared in the settling tank, and after the cement particles have settled in the form of sludge, the cleared water can be partially reused as mixed water for concrete, and the cement sludge is periodically removed from the tank to waste Discarded as. Such a system allows the recycling of gravel and sand, but has some disadvantages. Firstly, the generation of waste is not prevented. In practice, the cement sludge, after settling in the tank, must be removed periodically and disposed of. Secondly, a large amount of water is required to wash out the residual concrete. For example, 1.5 to 2 cubic meters of water are needed per cubic meter of concrete. As a result, a large volume of contaminated water is generated. Only a small portion of this water can be reused as mixed water for producing fresh concrete. This is due to the presence of dissolved salts and suspended solids, which hinder the hydration of the cement and deleteriously affect the development of the mechanical strength of the concrete. Thus, large quantities of water that cannot be reused must be disposed of before discharge, thereby incurring additional costs and mandatory discharge approvals.
DE 19518469호에 기술된 잔류 콘크리트 재사용 방법은 다음의 단계를 포함한다: (a) 작업 현장으로부터 나온 잔류 콘크리트를 함유하는 트럭 믹서에, 경화되기 전에, 포스폰산 유도체에 기초한 시멘트 수화 지연제를 정확히 계산된 양만큼 첨가하는 단계; 및 (b) 원하는 지연 기간의 종료 시점에, 상기 트럭 믹서에 새로운 프레시 콘크리트를 첨가하는 단계로서, 프레시 콘크리트 분획 및 기존 콘크리트 분획의 시멘트 비율이 적어도 2:1이 되도록 하는 단계. 이 방법은, 밤새도록 또는 주말 동안, 트럭 믹서 내에서 잔류 콘크리트가 경화되지 않도록 유지하는 것을 가능하게 하고, 또한, 이것을 그 다음날 아침 프레시 콘크리트와 조합하여 재사용하는 것을 가능하게 하며, 그에 따라, 잔류 콘크리트의 폐기 및 폐기물의 발생을 방지할 수 있다. 그럼에도 불구하고, 잔류 콘크리트를 재사용하기 위한 이러한 절차는 매우 복잡하다. 실제로, 잔류 콘크리트의 조성, 그것의 양, 작업성(workability), 온도 및 혼합후 경과 시간을 정확하게 아는 것이 필요하다. 그리고 나서, 약 200 mm의 슬럼프 값(slump value)을 얻기 위하여 믹싱 트럭 내의 잔류 콘크리트에 물이 첨가되고, 이어서, 앞에서 언급한 수많은 변수와 재사용 예상 시간에 따라 계산된 정확한 양의 포스폰산 유도체가 첨가된다. 게다가, 재사용 시점에서, 새로운 콘크리트의 기계적 강도 발달의 원하지 않는 과잉의 지연을 방지하기 위하여, 잔류 콘크리트와 프레시 콘크리트의 혼합 비율을 주의하여 조절하여야 한다. 이러한 이유로, 이 방법은 콘크리트 제조 공장에서 실행되기가 매우 어려우며, 그에 따라, 실용적이지 않다.The residual concrete reuse method described in DE 19518469 includes the following steps: (a) Accurately calculate cement hydration retardants based on phosphonic acid derivatives in a truck mixer containing residual concrete from the work site, before curing. Adding in amount added; And (b) adding new fresh concrete to the truck mixer at the end of the desired delay period, such that the cement ratio of the fresh concrete fraction and the existing concrete fraction is at least 2: 1. This method makes it possible to keep the residual concrete from hardening in the truck mixer overnight or over the weekend, and also to reuse it in combination with the fresh concrete the next morning, thus remaining concrete It can prevent the disposal of waste and the generation of waste. Nevertheless, this procedure for reusing residual concrete is very complicated. In practice, it is necessary to know the composition of the residual concrete, its amount, workability, temperature and elapsed time after mixing. Then, water is added to the residual concrete in the mixing truck to obtain a slump value of about 200 mm, followed by the addition of the correct amount of phosphonic acid derivative calculated according to the numerous variables mentioned above and the expected reuse time. do. In addition, at the point of reuse, the mixing ratio of residual concrete and fresh concrete must be carefully adjusted to prevent unwanted excess delays in the development of mechanical strength of the new concrete. For this reason, this method is very difficult to implement in a concrete manufacturing plant and is therefore not practical.
일본특허 JP 4099583호에 개시된 방법에서는, 시멘트의 경화는 방지하되 잔류 콘크리트의 응집은 허용하는 첨가제로 잔류 콘크리트를 처리하였다. 그 다음, 응집된 콘크리트는 건조되고 고화되어 약한 결합력을 갖게 되고, 비가압 분쇄 장치에 의하여 분쇄될 수 있으며, 응집물은 약하게 수화된 시멘트 분말로부터 분리되어 재활용될 수 있다. 이 시스템은 다량의 폐수를 발생시키지 않고도 응집물을 회수하는 것을 하는 것을 가능하게 하지만, 회수된 응집물로부터 경화방지제를 완벽하게 제거하여야 한다는 점에 불리하다. 이때, 경화방지제의 제거는, 재활용된 응집물이 새로운 콘크리트의 제조에 사용되었을 때 시멘트 수화가 지연되는 것을 방지하기 위함이다. 게다가, 이 방법은 폐기물의 발생을 방지하지 못한다. 왜냐하면, 응집물로부터 분리된 분말 분획이 재사용되지 못하고 폐기되어야 하기 때문이다. 최종적으로, 잔류 콘크리트는 건조되기 전에 약 일 주일 동안 방치되어야 하고, 이러한 오랜 시간 동안 넓은 면적을 확보하는 것이 필요하며, 그러므로, 이 방법은 이러한 관점에서 볼 때 실용적이지 않다.In the method disclosed in Japanese Patent JP 4099583, the residual concrete was treated with an additive which prevents hardening of the cement but allows agglomeration of the residual concrete. The agglomerated concrete is then dried and solidified to have a weak bonding force, can be pulverized by the unpressurized grinding device, and the agglomerates can be separated and recycled from the weakly hydrated cement powder. This system makes it possible to recover the aggregate without generating a large amount of waste water, but is disadvantageous in that the anti-curing agent must be completely removed from the recovered aggregate. At this time, the removal of the curing agent is to prevent the cement hydration is delayed when the recycled aggregate is used in the production of new concrete. In addition, this method does not prevent the generation of waste. This is because the powder fraction separated from the aggregate cannot be reused and must be discarded. Finally, the residual concrete must be left for about a week before drying, and it is necessary to secure a large area for this long time, and therefore this method is not practical in view of this.
일본 실용신안 제3147832호에 기술된 잔류 콘크리트 처리용 재료는, 큰 공간 또는 긴 시간을 요하지 않고도 잔류 콘크리트의 재활용을 가능하게 한다. 이 재료는, 수용성 종이로 형성된 케이스 내에 밀봉된 분말 또는 과립 형태의 고흡수성 폴리머(super-absorbing polymer)를 포함한다. 이 재료가 잔류 콘크리트를 함유하는 믹서에 첨가되면, 수용성 종이로 된 케이스는 용해 또는 분산되고, 고흡수성 폴리머는 콘크리트와 접촉하게 된다. 수 분 동안의 혼합 후에, 일반적으로는 5 내지 10 분 동안의 혼합 후에, 고흡수성 폴리머는 부풀면서 잔류 콘크리트의 수분의 일부를 흡수하여, 시멘트 및 기타 미세 입자를 포함하는 겔을 형성한다. 이러한 네크워크 구조는 골재를 감싸서 입자상 재료를 생성하게 되고, 이 입자상 재료는 믹서로부터 배출될 수 있다. 이 입자상 재료의 경화 시간은, 일본특허 JP 4099583호에 기술된 방법으로 응집된 콘크리트에 대하여 요구되는 시간에 비하여, 짧다. 게다가, 이 시스템은 폐기물을 생성하지 않는다. 왜냐하면, 시멘트 입자 및 기타 미세 입자가, 골재를 감싸는 겔 네트워크에 포획되기 때문이다. 이러한 방식으로, 잔류 콘크리트 전체가 입자상 재료의 형태로 변형되어, 도로 포장용 충전 재료로서 편리하게 재활용될 수 있다. The material for treating residual concrete described in Japanese Utility Model No. 3147832 enables recycling of residual concrete without requiring a large space or a long time. This material comprises a super-absorbing polymer in the form of a powder or granules sealed in a case formed of water-soluble paper. When this material is added to a mixer containing residual concrete, the case of water-soluble paper is dissolved or dispersed and the superabsorbent polymer is brought into contact with the concrete. After mixing for a few minutes, usually after mixing for 5-10 minutes, the superabsorbent polymer swells and absorbs some of the water in the residual concrete, forming a gel comprising cement and other fine particles. This network structure surrounds the aggregate to produce particulate material, which can be discharged from the mixer. The curing time of this particulate material is shorter than the time required for the concrete agglomerated by the method described in Japanese Patent JP 4099583. In addition, this system does not generate waste. This is because cement particles and other fine particles are trapped in the gel network surrounding the aggregate. In this way, the entire residual concrete can be deformed into the form of particulate material, which can be conveniently recycled as a pavement filling material.
선행 기술에 기술된 다른 방법들과 비교하면, 일본 실용신안 제3147832호에 청구된 방법은 폐기물의 생성을 방지한다는 이점을 갖지만, 이 방법은 여전히 제한 및 단점을 겪고 있다. 실제로, 고흡수성 폴리머가 잔류 콘크리트에 첨가되면, 처음에는, 고흡수성 폴리머가 자유 수분을 흡수하여 시멘트 및 미세 골재(모래, 충진제, 등등)와 겔 네트워크를 형성하지만, 혼합 시간이 경과함에 따라, 흡수된 물이 방출되고, 입자상 재료는 또 다시 젖고 끈적이게 되어 재응집하는 경향을 보이게 된다. 혼합을 더 긴 시간 동안 계속하게 되면, 입자상 재료를 얻는 것이 더 이상 가능하지 않게 되고, 트럭 믹서 내부의 콘크리트 덩어리가 커다란 딱딱한 블록을 형성할 수 있으며, 그에 따라, 이를 배출하여 폐기하는 데 노력이 요구되고, 그에 따라, 시간 및 추가 비용의 낭비가 발생한다. Compared with other methods described in the prior art, the method claimed in Japanese Utility Model No. 3147832 has the advantage of preventing the generation of waste, but this method still suffers from limitations and disadvantages. Indeed, when a superabsorbent polymer is added to the residual concrete, initially the superabsorbent polymer absorbs free moisture to form a gel network with cement and fine aggregates (sand, fillers, etc.), but as the mixing time elapses, The released water is released, and the particulate material becomes wet and sticky again, and tends to reaggregate. If mixing continues for longer periods of time, it will no longer be possible to obtain particulate material, and the concrete mass inside the truck mixer may form large hard blocks, thus requiring efforts to discharge and dispose of them. This results in a waste of time and additional costs.
이러한 단점은, 잔류 콘크리트가 미세 무기 첨가물을 함유하는 경우에, 더욱 더 빈번하게 발생할 수 있다. 그러한 콘크리트로서는 자기 다짐 콘크리트(self-compacting concrete: SCC)가 있는데, 이러한 고유동성 비분리형 콘크리트는 최근에 점점 더 널리 사용되고 있다. SCC의 설계는 고 사용량의 고성능가소제(superplasticizers) 및 다량의 미세하게 분할된 분말(예를 들어, 탄산칼슘, 마이크로실리카 또는 기타 충진제)를 포함한다. 그러한 추가 재료가 존재하는 경우에는, 고흡수성 폴리머에 의하여 형성되는 겔의 네트워크 구조가, 통상적인 콘크리트의 겔에 비하여, 더 연약해지며, 과립은 훨씬 더 용이하게 서로 달라붙는 경향을 보이게 되고, 잔류 콘크리트의 재응집작용(re-agglomeration)을 촉진하게 된다.This disadvantage can occur even more frequently if the residual concrete contains fine inorganic additives. Such concrete is self-compacting concrete (SCC), which has been widely used in recent years. The design of the SCC includes high amounts of high performance plasticizers and large amounts of finely divided powders (eg calcium carbonate, microsilica or other fillers). In the presence of such additional materials, the network structure of the gel formed by the superabsorbent polymer becomes softer than the gel of conventional concrete, and the granules tend to stick together much more easily and remain It promotes re-agglomeration of concrete.
일본 실용신안 제3147832호가 제안한 방법의 또 다른 제약은, 이 방법은 과잉의 물을 함유하는 재활용 콘크리트에 대해서는 효과적이지 않다는 점이다. 물은 통상적으로, 작업 현장으로부터 콘크리트 혼합 공장에 이르는 경로 도중에 경화 및 응고가 발생하는 것을 방지하기 위하여 첨가된다. 이 경우에, 고흡수성 폴리머의 과잉 사용은 실행가능하지 않다. 왜냐하면, 겔의 네트워크 구조가 점성을 띠게 되고 끈적거리게 되어서, 안정한 입자상 재료를 형성하는 대신에, 콘크리트 혼합물이 응집작용(agglomeration)을 일으키기 때문이다.Another limitation of the method proposed by Japanese Utility Model No. 3147832 is that this method is not effective for recycled concrete containing excess water. Water is typically added to prevent hardening and solidification from occurring during the path from the job site to the concrete mixing plant. In this case, excessive use of the superabsorbent polymer is not feasible. This is because the network structure of the gel becomes viscous and sticky, so that instead of forming a stable particulate material, the concrete mixture causes agglomeration.
일본 실용신안 제3147832호의 또 다른 단점은, 고흡수성 폴리머가 물리적 메카니즘에 의하여 물을 흡수한다는 점이다. 그러한 물은 시멘트 수화에 의하여 단지 부분적으로 소비되고, 대부분의 양은 겔 네트워크에 잔류하다가 입자상 재료가 고화 및 경화할 때 증발하여, 골재를 감싸는 고다공성 시멘트 페이스트를 남긴다. 이러한 시멘트 페이스트의 고다공성으로 인하여, 경화된 과립은 높은 수분 흡수 특성을 갖게 되며, 콘크리트용 골재 사용에 대한 기술적 표준에 부합하지 않게 된다. 결과적으로, 일본 실용신안 제3147832호에 기술된 공정으로부터 얻은 입자상 재료는 콘크리트 제조용 골재로서는 사용될 수 없고, 단지 도로 포장용 충전 재료로서만 사용될 수 있으며, 그에 따라, 건설용으로 재활용 가능한 양에 명백한 제한이 가해진다.Another disadvantage of Japanese Utility Model No. 3314,32 is that the superabsorbent polymer absorbs water by a physical mechanism. Such water is only partially consumed by cement hydration, most of which remains in the gel network and evaporates as the particulate material solidifies and cures, leaving a highly porous cement paste that envelops the aggregate. Due to the high porosity of these cement pastes, the hardened granules have high water absorption properties and do not meet the technical standards for the use of aggregates for concrete. As a result, the particulate material obtained from the process described in Japanese Utility Model No. 3147832 can not be used as aggregate for concrete production, but can be used only as a pavement material for road pavement, so that there is an obvious limitation on the amount recyclable for construction. Is applied.
본 발명의 목적은 잔류 프레시 콘크리트를 재활용하기 위한 새로운 방법에 관한 것이다. 본 발명의 방법은, 짧은 시간 구간 내에 그리고 폐기물을 생성하지 않으면서, 미경화 잔류 콘크리트를 입자상 재료로 변형한다. 게다가, 본 발명의 새로운 방법은 잔류 콘크리트에 제한되지 않고, 임의의 종류의 잔류 콘크리트 및 시멘트 혼합물에 대해서도 효과적이며, 콘크리트의 조성 및 물 대 시멘트 비율에 대하여 독립적으로 작용한다. 그에 따라, 본 발명의 방법은 선행기술에서 기술된 방법들의 모든 단점을 극복할 수 있다. 본 발명의 새로운 방법은 또한, 파쇄된 콘크리트 또는 폭파된 콘크리트로부터 나온 부스러기와 같은 재활용된 골재를 함유하는 콘크리트 혼합물 및 시멘트 조성물에도 효과적이고, 또한, 다공성 유리, 팽창된 클레이 및 플라스틱 재료와 같은 경량 골재 및 기타 인공 골재로 만들어진 콘크리트 혼합물에도 효과적이다. 본 발명의 또 다른 목적은, 잔류 콘크리트로부터 입자상 재료를 제조하는 것이다. 이렇게 제조되는 입자상 재료는, 경화 후에, 선행기술의 입자상 재료에 비하여 우수한 기계적 및 물리적 특성을 갖게 되며, 콘크리트용 골재로서 사용될 수 있다. 본 발명의 또 다른 목적은, 재활용된 콘크리트 혼합물 및 기타 시멘트 조성물로부터 입자상 재료를 제조하는 것이다. 이렇게 제조되는 입자상 재료는, 거리 및 정원 설비, 경량 콘크리트, 장식 및 기타 유용한 적용분야와 같은 다른 유용한 적용분야에 적합한 새로운 특성을 갖게 된다.The object of the invention is a new method for recycling residual fresh concrete. The method of the invention transforms the uncured residual concrete into particulate material within a short time period and without producing waste. In addition, the new method of the present invention is not limited to residual concrete, but is effective for any kind of residual concrete and cement mixture, and acts independently on the composition of the concrete and the water to cement ratio. Thus, the method of the present invention can overcome all the disadvantages of the methods described in the prior art. The new method of the present invention is also effective for concrete mixtures and cement compositions containing recycled aggregates, such as debris from crushed concrete or blasted concrete, and also for lightweight aggregates such as porous glass, expanded clay and plastic materials. It is also effective for concrete mixtures made of and other artificial aggregates. Another object of the present invention is to produce particulate material from residual concrete. The particulate material thus produced, after curing, has excellent mechanical and physical properties compared to particulate materials of the prior art, and can be used as aggregate for concrete. Another object of the present invention is to prepare particulate materials from recycled concrete mixtures and other cement compositions. The particulate material thus produced has new properties suitable for other useful applications such as street and garden equipment, lightweight concrete, decoration and other useful applications.
본 발명의 골재는, 이하에서 기술되는 방법에 따라, 트럭 믹서에서 직접 또는 기타 혼합 공장에서 용이하게 제조될 수 있다.Aggregates of the present invention can be readily produced either directly in a truck mixer or in other mixing plants, according to the methods described below.
본 발명의 프레시 콘크리트 및 시멘트 조성물로부터 골재를 제조하는 방법은 a) 순간 경화 촉진제(flash setting accelerator) 및 b) 고흡수성 폴리머(super-absorbent polymer)를 미경화 콘크리트에 첨가하는 단계; 및 이 혼합물을 트럭 믹서 또는 다른 혼합 장치에서, 선택적으로는 다른 성분의 존재하에서, 입자상 재료가 형성될 때까지 혼합하는 단계;를 포함한다.The method for producing aggregate from the fresh concrete and cement composition of the present invention comprises the steps of: a) adding a flash setting accelerator and b) a super-absorbent polymer to the unhardened concrete; And mixing the mixture in a truck mixer or other mixing device, optionally in the presence of other components, until a particulate material is formed.
놀랍게도 본 발명에서 밝혀진 바에 따르면, 순간 경화 촉진제 및 고흡수성 폴리머를 트럭 믹서 또는 다른 혼합 장치 내의 프레시 콘크리트에 첨가하면, 상승적 효과로서 프레시 콘크리트가 입자상 재료로 변형되며, 선행기술에서 기술된 방법들의 모든 단점이 제거된다. 특히, 잔류 콘크리트로부터의 입자상 재료의 제조는, 더 이상, 물 대 시멘트 비율에 의하여 또는 충전제의 존재에 의하여 영향받지 않는다. 본 발명의 또 다른 놀라운 특징은, 순간 경화 촉진제 및 고흡수성 폴리머를 결합함으로써 얻어지는 입자상 재료는, 선행기술에 따라 제조된 입자상 재료에 비하여 우수한 특성을 가지게 되며, 콘트리트용 골재로서 재사용될 수 있다는 점이다.Surprisingly, it has been found that the addition of the instant cure accelerator and superabsorbent polymer to fresh concrete in a truck mixer or other mixing device transforms the fresh concrete into particulate material as a synergistic effect and all the disadvantages of the methods described in the prior art. Is removed. In particular, the production of particulate material from residual concrete is no longer influenced by the water to cement ratio or by the presence of the filler. Another surprising feature of the present invention is that the particulate material obtained by combining the instant cure accelerator and the superabsorbent polymer has excellent properties compared to the particulate material prepared according to the prior art and can be reused as concrete aggregate. .
게다가, 순간 경화 촉진제 및 고흡수성 폴리머와 더불어, 다른 성분을 잔류 콘크리트 혼합물 또는 다른 시멘트 조성물에 첨가함으로써, 거리 및 정원 설비, 경량 콘트리트, 장식 및 다른 유용한 적용분야와 같은 여러 분야에서의 적용을 가능하게 하는 새로운 특성들을 갖는 입자상 재료를 제조하는 것이 가능하게 된다.In addition, in addition to the instant cure accelerator and superabsorbent polymer, the addition of other components to the residual concrete mixture or other cement compositions enables applications in many fields such as street and garden equipment, lightweight concrete, decoration and other useful applications. It is possible to produce particulate materials with new properties.
순간 경화 촉진제는 칼슘 알루미네이트 수화물 형성 화합물 및 소듐 실리케이트를 포함한다. "칼슘 알루미네이트 수화물"이라는 용어는 칼슘 알루미네이트(CaO·Al2O3) 그 자체의 수화물 및 다른 수화물(예를 들어, AFt 및 AFm 상(phase))을 포함한다. 칼슘 알루미네이트 수화물은, 칼슘 알루미네이트 및 다른 알루미늄 화합물이 잔류 콘크리트에 첨가될 때 형성된다. AFt 상은 [Ca3(Al,Fe)(OH)6·12H2O]2·X3·nH2O의 화학식을 갖는 물질을 표시하며, 여기서, X는 2가 음이온 또는 2개의 1가 음이온이다. AFt 상의 가장 대표적인 화합물은 Ca6Al2(SO4)3(OH)12·26H2O의 화학식으로 표시되는 에트링자이트(ettringite)이다. AFm 상은 [Ca3(Al,Fe)(OH)6]·X·nH2O의 실험식을 갖는 일군의 화합물을 표시하며, 여기서 X는 1가의 음이온 또는 0.5개의 2가 음이온이다. 통상적인 음이온은 히드록시기, 술페이트기 및 카보네이트기이다.Instant cure accelerators include calcium aluminate hydrate forming compounds and sodium silicates. The term "calcium aluminate hydrate" includes hydrates of calcium aluminate (CaO.Al 2 O 3 ) itself and other hydrates (eg, AFt and AFm phases). Calcium aluminate hydrate is formed when calcium aluminate and other aluminum compounds are added to the residual concrete. AFt phase indicates a material having the formula [Ca 3 (Al, Fe) (OH) 6 · 12H 2 O] 2 · X 3 · nH 2 O, where, X is a divalent anion or two monovalent anions . The most representative compound as AFt is Ca 6 Al 2 (SO 4) 3 (OH) 12 · Et ring ZUID (ettringite) represented by the formula of 26H 2 O. The AFm phase represents a group of compounds having an empirical formula of [Ca 3 (Al, Fe) (OH) 6 ] .XnH 2 O, wherein X is a monovalent anion or 0.5 divalent anion. Typical anions are hydroxy groups, sulfate groups and carbonate groups.
칼슘 알루미네이트와 물은 다음의 반응식에 따라 반응한다:Calcium aluminate and water react according to the following scheme:
CaO·Al2O3 + 10 H2O → CaO·Al2O3·10 H2OCaOAl 2 O 3 + 10 H 2 O → CaOAl 2 O 3 10 H 2 O
2 CaO·Al2O3 + (8 + x) H2O → 2CaO·Al2O3·8H2O + Al2O3·xH2O 2 CaO · Al 2 O 3 + (8 + x) H 2 O → 2CaO · Al 2 O 3 · 8H 2 O + Al 2 O 3 · xH 2 O
칼슘 알루미네이트가 콘크리트 혼합물에 첨가되면, 수산화칼슘 및 석고의 존재로 인하여, 칼슘 알루미네이트의 수화가 강하게 촉진된다. 특히, 칼슘 술페이트의 존재하에서는, 다음의 반응식에 따라, 칼슘 알루미네이트가 순간적으로 에트링자이트를 생성한다:When calcium aluminate is added to the concrete mixture, due to the presence of calcium hydroxide and gypsum, the hydration of calcium aluminate is strongly promoted. In particular, in the presence of calcium sulfate, calcium aluminate instantaneously produces ettringite, according to the following scheme:
3CaO·Al2O3 + 3CaSO4 + 32H2O → 3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O3CaOAl 2 O 3 + 3CaSO 4 + 32H 2 O → 3CaOAl 2 O 3 3CaSO 4 32H 2 O
칼슘 알루미네이트가 잔류 콘크리트에 첨가될 때 형성되는 에트링자이트의 양을 증가시키기 위하여, 추가적인 칼슘 술페이트가 외부 첨가에 의하여 공급될 수 있다.In order to increase the amount of ettringite formed when calcium aluminate is added to the residual concrete, additional calcium sulphate may be supplied by external addition.
본 발명에 적합한 다른 칼슘 알루미네이트 수화물 형성 화합물은 다음과 같이 기술된다. 일 방법에 있어서, 알루미늄 술페이트(Al2SO3·18H2O)는 수산화칼슘(Ca(OH)2)과 반응하여 에트링자이트(3CaO·Al2O3·3CaSO4·30÷32H2O)를 형성하는데, 그 반응식은 다음과 같다:Other calcium aluminate hydrate forming compounds suitable for the present invention are described as follows. In one method, aluminum sulfate (Al 2 SO 3 · 18H 2 O) is reacted with calcium hydroxide (Ca (OH) 2 ) to form ettringite (3CaO · Al 2 O 3 · 3CaSO 4 · 30 ÷ 32H 2 O ), With the reaction:
6Ca(OH)2 + Al2(SO4)3·18H2O + 6~8 H2O → 3CaO·Al2O3·3CaSO4·30÷32H2O 6Ca (OH) 2 + Al 2 (SO 4) 3 · 18H 2 O + 6 ~ 8 H 2 O → 3CaO · Al 2 O 3 · 3CaSO 4 · 30 ÷ 32H 2 O
Ca(OH)2는 잔류 콘크리트 혼합물에, 에트링자이트의 생성에 필요한 칼슘 이온을 생성하기에 충분한 양으로, 이미 존재한다. 이와 달리, 필요한 경우, 칼슘 이온은 외부 첨가에 의하여 칼슘 니트레이트 또는 다른 용해성 염의 형태로 공급될 수 있다. 후자의 경우, 바람직하게는, 알루미늄 술페이트와 용해성 칼슘 염은 첨가 전에 혼합될 수 있다.Ca (OH) 2 is already present in the residual concrete mixture in an amount sufficient to produce calcium ions necessary for the production of ettringite. Alternatively, if necessary, calcium ions can be supplied in the form of calcium nitrate or other soluble salts by external addition. In the latter case, preferably, the aluminum sulphate and the soluble calcium salt may be mixed before addition.
또 다른 방법에 따르면, 에트링자이트는 칼슘 술포-알루미네이트(CaO·3Al2O3·SO3·2H2O)와 석고(CaSO4·2H2O)로부터 형성될 수 있으며, 그 반응식은 다음과 같다:According to another method, ettringite can be formed from calcium sulfo-aluminate (CaO 3 Al 2 O 3 SO 3 2H 2 O) and gypsum (CaSO 4 2H 2 O). Is the same as:
4CaO·3Al2O3·SO3·2H2O + 2CaSO4·2H2O + 31H2O → 4CaO3Al 2 O 3 SO 3 2H 2 O + 2CaSO 4 2H 2 O + 31H 2 O →
3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O + 2Al2O3·3H2O 3CaO · Al 2 O 3 · 3CaSO 4 · 32H 2 O + 2Al 2 O 3 · 3H 2 O
석고는 잔류 콘크리트 혼합물에 이미 존재하지만, 미리 혼합된 고체의 형태로 칼슘 술포-알루미네이트와 함께 첨가될 수도 있다.Gypsum is already present in the residual concrete mixture, but may also be added with calcium sulfo-aluminate in the form of a premixed solid.
또 다른 구현예에 있어서, 에트링자이트는 칼슘 알루미네이트(CaO·Al2O3)와 무수석고(CaSO4)를 혼합함으로써 형성되며, 그 반응식은 다음과 같다:In another embodiment, the ettringite is formed by mixing calcium aluminate (CaO.Al 2 O 3 ) with anhydrous gypsum (CaSO 4 ), where the reaction scheme is as follows:
3CaO·Al2O3 + 3CaSO4 + 35H2O → 3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O + 2Al(OH)3 3CaOAl 2 O 3 + 3CaSO 4 + 35H 2 O → 3CaOAl 2 O 3 3CaSO 4 32H 2 O + 2Al (OH) 3
이 경우에도 또한, 석고는 잔류 콘크리트 혼합물에 이미 존재하지만, 미리 혼합된 고체 형태로 칼슘 술포-알루미네이트와 함께 첨가될 수도 있다. In this case too, gypsum is already present in the residual concrete mixture, but can also be added together with calcium sulfo-aluminate in the form of a premixed solid.
또한, 또 다른 구현예에 있어서, 소듐 알루미네이트(NaAl(OH)4), 수산화칼슘(Ca(OH)2) 및 석고(CaSO4)는 다음의 반응식에 따라 반응한다:In another embodiment, sodium aluminate (NaAl (OH) 4 ), calcium hydroxide (Ca (OH) 2 ) and gypsum (CaSO 4 ) react according to the following scheme:
2NaAl(OH)4 + 3Ca(OH)2 + 3CaSO4 + 26H2O → 3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O 2NaAl (OH) 4 + 3Ca (OH) 2 + 3CaSO 4 + 26H 2 O → 3CaOAl 2 O 3 3CaSO 4 32H 2 O
+ 2NaOH+ 2NaOH
또 다른 구현예에 있어서, 알루미나 시멘트를 잔류 콘크리트에 첨가하여, 다음의 반응식에 따라 에트링자이트를 형성할 수 있다:In another embodiment, alumina cement can be added to the residual concrete to form ettringite according to the following scheme:
3CaO·Al2O3 + 3CaSO4 + 32H2O → 3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O3CaOAl 2 O 3 + 3CaSO 4 + 32H 2 O → 3CaOAl 2 O 3 3CaSO 4 32H 2 O
이 경우에도, 석고는 잔류 콘크리트 혼합물에 이미 존재하나, 미리 혼합된 고체 형태로 알루미나 시멘트에 첨가될 수도 있다.Even in this case, the gypsum is already present in the residual concrete mixture but may be added to the alumina cement in the form of a premixed solid.
본 발명의 목적을 위하여, 앞에서 언급한 칼슘 알루미네이트 수화물 형성 화합물 중 어느 것이라도 편리하게 사용될 수 있다.For the purposes of the present invention, any of the aforementioned calcium aluminate hydrate forming compounds may be conveniently used.
AFm 상의 형성은 항상 수반되며 AFt 상의 형성과 상보적이다. AFm 화합물의 예로서는, 헤미카르보알루미네이트(C3A·Ca[(OH)(CO3)0.5]·xH2O), 모노카르보알루미네이트(C3A·CaCO3·xH2O), 모노술포알루미네이트(C3A·CaSO4·xH2O) 등이 있다. AFt 상 및 AFm 상 둘 다는 프레시 콘크리트 시스템 내에서, 앞에서 언급한 알루미늄 화합물의 존재하에서 형성되며, 이들이 형성되는 상호 간의 비율은 시멘트의 종류, 알루미늄 화합물의 종류 및 양, 물 대 시멘트 비율, 수화 시간 및 경화 조건에 의존한다.The formation of the AFm phase is always accompanied and complementary to the formation of the AFt phase. Examples of the AFm compound include hemicarboaluminate (C 3 A.Ca [(OH) (CO 3 ) 0.5 ] .xH 2 O), monocarboaluminate (C 3 A.CaCO 3 .xH 2 O), Monosulfoaluminate (C 3 A · CaSO 4 · xH 2 O) and the like. Both AFt phase and AFm phase are formed in the fresh concrete system, in the presence of the aforementioned aluminum compounds, the ratio between which they are formed is the type of cement, type and amount of aluminum compound, water to cement ratio, hydration time and Depends on the curing conditions.
고흡수성 폴리머(super-absorbent polymer: SAP)는 자신의 무게에 비하여 많은 양의 물을 보유할 수 있는 폴리머를 지칭하는 일반 명사이다. SAP가 물과 접촉하면, 물 분자는 폴리머 네트워크 내부의 공극 내로 확산하여, 폴리머 사슬을 수화한다. 폴리머 구조에 따라서, 폴리머는 부풀어서 폴리머 겔이 되거나 천천히 용해될 수 있다. 이러한 단계는 물을 제거함으로써 역으로 진행될 수 있고, SAP는 수축된 고체 상태로 되돌아간다. 물을 흡수하는 능력은 팽윤비(swelling ratio)로 표시될 수 있다. 팽윤비는 부푼 SAP 무게 대 건조된 SAP 무게의 비이다. 팽윤비는, 분지 및 가교 정도, SAP 네트워크를 구성하는 모노머의 화학구조, 및 외부 요인(예를 들어, pH, 용액의 이온 농도 및 온도)에 의하여 결정된다. 물과 상호작용하는 그들의 능력으로 인하여, 이들 폴리머는 때때로 하이드로겔이라 지칭된다. SAP의 예를 표 1에 요약하였다.Super-absorbent polymer (SAP) is a common noun for polymers that can hold a large amount of water for their weight. When the SAP is in contact with water, the water molecules diffuse into the pores inside the polymer network to hydrate the polymer chains. Depending on the polymer structure, the polymer may swell and become a polymer gel or slowly dissolve. This step can be reversed by removing water and the SAP returns to the contracted solid state. The ability to absorb water can be expressed in terms of swelling ratio. Swelling ratio is the ratio of swollen SAP weight to dried SAP weight. The swelling ratio is determined by the degree of branching and crosslinking, the chemical structure of the monomers that make up the SAP network, and external factors (eg, pH, ion concentration and temperature of the solution). Because of their ability to interact with water, these polymers are sometimes referred to as hydrogels. Examples of SAPs are summarized in Table 1.
표 1: 공급원 및 측쇄기(side group)의 성질로 그 특징이 표시되어 있는 SAP의 예Table 1: Example of SAP Characterized by Source and Side Group Properties
Natural polymer
Synthetic polymers
Neutral SAP
(PHEMA)Poly (hydroxyethyl methacrylate)
(PHEMA)
Ionic SAP
이온성 모노머로부터 제조된 SAP는, 중성 모노머로부터 제조된 것보다 더 많은 물을 잘 흡수한다. 이는 폴리머 사슬 사이의 정전기적 반발에 기인한다. 가교도는 화학적 접합부(chemical joint)의 개수에 상응한다. 가교도가 더 높다는 것은, 두 개의 가교 결합들 사이의 거리가 더 짧다는 것을 의미하며, 그에 따라, 더 낮은 팽윤도가 발생한다. 팽윤도는 또한, pH 및 온도와 같은 외부 요인에도 의존한다. 아크릴산 또는 메타크릴산과 같은 산성 모노머로부터 제조된 SAP는 7 위의 pH에서 탈양성자화되어 폴리머 사슬을 따라서 음전하를 발생시킬 수 있으며, 그에 따른 정전기적 반발에 의하여, 그러한 염기성 환경에서는, 팽윤도가 더 높아진다. 본 발명의 목적에 특히 적합한 고흡수성 폴리머는 표 1의 이온성 SAP이며, 특히, 아크릴산으로 개질된 폴리아크릴아미드에 기초한 것들이 적합하고, 선형 구조 및 가교 구조 둘 다 가질 수 있다.SAPs made from ionic monomers absorb more water than those made from neutral monomers. This is due to the electrostatic repulsion between the polymer chains. The degree of crosslinking corresponds to the number of chemical joints. Higher degree of crosslinking means that the distance between the two crosslinking bonds is shorter, resulting in a lower degree of swelling. The degree of swelling also depends on external factors such as pH and temperature. SAPs prepared from acidic monomers, such as acrylic acid or methacrylic acid, can be deprotonated at pH above 7 to generate negative charges along the polymer chain, resulting in higher swelling in such a basic environment by electrostatic repulsion. . Particularly suitable superabsorbent polymers for the purposes of the present invention are the ionic SAPs of Table 1, in particular those based on polyacrylamides modified with acrylic acid, and may have both linear and crosslinked structures.
앞에서 언급한 칼슘 알루미네이트 수화물 형성 화합물 및 고흡수성 폴리머가 프레시 콘크리트 혼합물 또는 다른 프레시 시멘트 조성물에 첨가되면, 칼슘 알루미네이트 수화물이 순간적으로 형성되어 용액으로부터 침전되며, 많은 물 분자를 소비하게 되는데, 이때 물 분자는 알루미네이트 구조에 화학적으로 결합된다. 이 반응은, 심지어 과잉의 물이 존재하는 경우에서 조차, 잔류 콘크리트의 건조 및 그 작업성(workability)의 급격한 감소를 야기한다. 칼슘 알루미네이트 수화물의 형성 후에, 고흡수성 폴리머는 부풀면서 추가의 물 분자를 흡수하여 겔 네트워크 구조를 형성하고, 이 겔 네트워크 구조는 시멘트, 칼슘 알루미네이트 수화물 결정 및 콘크리트의 다른 미세입자 성분(예를 들어, 모래 및 충진제)를 포획하게 된다. 트럭 믹서 또는 다른 혼합 장치의 회전에 의하여, 이러한 겔 네트워크 구조의 층이 시멘트 혼합물의 골재를 감싸면서 그 표면에 단단히 달라붙어, 겔 네트워크에 의하여 감싸여진 골재로 이루어진 입자상 재료를 형성한다. 이것의 입자들은, 낮은 잔류 수분 및 칼슘 알루미네이트 수화물 결정의 존재로 인하여, 서로 달라 붙지 않아서, 용이하게 배출될 수 있고, 응집 작용(agglomeration)을 일으키지 않은 채, 벌크 상태로 경화될 수 있다. 본 발명은, 칼슘 알루미네이트 수화물에 의한 물의 화학적 소비와 고흡수성 폴리머에 의한 물리적 흡수를 결합한다. 이 방법에 의하여, 잔류 콘크리트에 있는 그리고, 더욱 일반적으로는 임의의 프레시 시멘트 조성물에 있는 다량의 미세입자의 존재에 의하여 그리고 과잉의 물에 의하여 야기되는 모든 문제점들이 제거된다.When the aforementioned calcium aluminate hydrate forming compounds and superabsorbent polymers are added to the fresh concrete mixture or other fresh cement compositions, calcium aluminate hydrates are formed instantly and precipitate out of solution, consuming many water molecules. The molecule is chemically bound to the aluminate structure. This reaction leads to the drying of the residual concrete and a sharp decrease in its workability even in the presence of excess water. After the formation of the calcium aluminate hydrate, the superabsorbent polymer swells and absorbs additional water molecules to form a gel network structure, which forms cement, calcium aluminate hydrate crystals and other fine particle components of concrete (e.g., For example, sand and filler). By rotation of a truck mixer or other mixing device, the layer of this gel network structure tightly adheres to its surface while wrapping the aggregate of the cement mixture, forming a particulate material made of the aggregate wrapped by the gel network. Its particles, due to the low residual moisture and the presence of calcium aluminate hydrate crystals, do not stick to each other and can be easily discharged and can be cured in bulk without causing agglomeration. The present invention combines the chemical consumption of water by calcium aluminate hydrate with the physical absorption by the superabsorbent polymer. By this method, all problems caused by the presence of large amounts of fine particles in residual concrete and more generally in any fresh cement composition and by excess water are eliminated.
혼합 시간은 콘크리트의 종류 및 상기 첨가제의 사용량에 의존한다. 통상적으로, 혼합 시간은 3 내지 10 분의 범위이지만, 더 긴 시간이 적용될 수도 있다. 그러므로, 본 발명의 방법에 의하여, 칼슘 알루미네이트 수화물 형성 화합물 및 고흡수성 폴리머를 작업 현장에서 트럭 믹서 내의 잔류 콘크리트에 첨가하는 것과, 작업 현장으로부터 콘크리트 혼합 공장에 이르는 경로 동안에 입자상 재료를 제조하는 것이 가능하다. 이러한 방식에 의하여, 트럭 믹서가 콘크리트 제조 공장에 도착할 때, 입자상 재료가 이미 형성되어 있어서 곧바로 배출될 수 있고, 그에 따라, 상당한 시간이 절감되고 생산성이 증가한다.Mixing time depends on the type of concrete and the amount of the additive used. Typically, the mixing time is in the range of 3 to 10 minutes, although longer times may be applied. Therefore, by the process of the present invention, it is possible to add calcium aluminate hydrate forming compounds and superabsorbent polymers to the residual concrete in the truck mixer at the work site and to produce particulate materials during the path from the work site to the concrete mixing plant. Do. In this way, when the truck mixer arrives at the concrete manufacturing plant, the particulate material is already formed and can be immediately discharged, thereby saving considerable time and increasing productivity.
게다가, 칼슘 알루미네이트 수화물 형성 화합물의 첨가에 의하여, 휘발성이 덜한 물이 시멘트 수화 후에 잔류하고, 그 결과 얻어지는 입자상 재료의 다공성은, 단지 SAP 만이 사용되는 경우에 비하여 상당히 낮게 된다. 그 결과, 물 흡수가 감소되고, 입자상 재료의 기계적 특성이 명백히 개선된다. 이러한 개선으로 인하여, 잔류 콘크리트를 건설 산업용 골재로서 재활용할 수 있는 가능성이 상당히 증가한다. 소듐 실리케이트를 순간 경화 촉진제로서 사용하는 경우에도 유사한 효과가 발생할 것으로 생각된다.In addition, with the addition of calcium aluminate hydrate forming compounds, less volatile water remains after cement hydration, and the resulting porosity of the particulate material becomes considerably lower than when only SAP is used. As a result, water absorption is reduced and the mechanical properties of the particulate material are obviously improved. Because of these improvements, the possibility of recycling residual concrete as aggregate for the construction industry significantly increases. It is believed that similar effects will occur when sodium silicate is used as the instant cure accelerator.
순간 경화 촉진제와 고흡수성 폴리머는, 별개로 또는 단일 제품의 형태로 혼합되어, 콘크리트 혼합물에 첨가될 수 있다.The instant cure accelerator and the superabsorbent polymer can be added separately or in the form of a single product and added to the concrete mixture.
본 발명에 유용한 순간 경화 촉진제의 사용량은 콘크리트 혼합물의 조성 및 특성에 의존하며, 프레시 콘크리트의 부피를 기준으로 하여, 0.3 내지 50 kg/m3의 범위에서, 바람직하게는 0.6 내지 20 kg/m3의 범위에서, 더욱 바람직하게는 0.8 내지 15 kg/m3의 범위에서 변화할 수 있다. 순간 경화 촉진제는, 그 성질에 따라 고체의 형태로 또는 액체의 형태로 첨가될 수 있다.The amount of instant hardening accelerator useful in the present invention depends on the composition and properties of the concrete mixture, and based on the volume of the fresh concrete, in the range of 0.3 to 50 kg / m 3 , preferably 0.6 to 20 kg / m 3 In the range of, More preferably, it can change in the range of 0.8-15 kg / m <3> . The instant cure accelerator may be added in the form of a solid or in the form of a liquid, depending on its nature.
또한 고흡수성 폴리머의 사용량도 잔류 프레시 콘크리트의 특성에 관련되며, 잔류 콘크리트의 부피를 기준으로 하여, 0.05 내지 10 kg/m3의 범위, 바람직하게는 0.1 내지 5 kg/m3의 범위, 더욱 바람직하게는 0.15 내지 2 kg/m3의 범위일 수 있다. The amount of superabsorbent polymer also relates to the properties of the residual fresh concrete, based on the volume of residual concrete, in the range of 0.05 to 10 kg / m 3 , preferably in the range of 0.1 to 5 kg / m 3 , more preferably Preferably 0.15 to 2 kg / m 3 .
순간 경화 촉진제 및 고흡수성 폴리머 둘 다가 고체인 경우에는, 이들은 단일 첨가제의 형태로 혼합될 수 있고, 이들 성분의 비율은 개별 성분의 사용량 범위에 따라 달라질 수 있다.If both the instant cure accelerator and the superabsorbent polymer are solids, they may be mixed in the form of a single additive, and the proportion of these components may vary depending on the amount of use of the individual components.
순간 경화 촉진제 및 고흡수성 폴리머 이외의 다른 성분이 잔류 콘크리트 및 다른 시멘트 조성물에 첨가될 수 있다. 이는, 그 결과 얻어지는 입자상 재료의 특성을 더욱 향상시키거나, 또는, 그 결과 얻어지는 입자상 재료에 다른 바람직한 특성을 부여하기 위함이다. 이러한 다른 성분의 예로서는, 시멘트 및 콘크리트 촉진제(cement and concrete accelerating agents), 알루미네이트 수화물 형성 화합물의 활성화제, 지연제(retarding agents), 방수 및 발수제, 풍화 방지제, 슬래그(slags), 천연 화산회, 실리카 퓸, 석탄회(fly ashes), 안료 및 착색제, 플라스틱 및 고무 재료, 클레이(clays), 중공 다공성 유리 비드, 제초제, 살충제, 비료, 등이 있다.Components other than the instant cure accelerator and superabsorbent polymer may be added to the residual concrete and other cement compositions. This is to further improve the properties of the resulting particulate material or to impart other desirable properties to the resulting particulate material. Examples of such other components include cement and concrete accelerating agents, activators of aluminate hydrate forming compounds, retarding agents, waterproofing and water repellents, weathering inhibitors, slags, natural volcanic ash, silica Fumes, fly ashes, pigments and colorants, plastics and rubber materials, clays, hollow porous glass beads, herbicides, pesticides, fertilizers, and the like.
고화 및 경화 촉진제의 예로서는, 칼슘 및 소듐 니트레이트, 칼슘 및 소듐 클로라이드, 트리에탄올아민, 소듐 티오시아네이트, 칼슘 실리케이트 수화물, 등이 있으며, 시멘트의 수화를 촉진할 수 있는 임의의 다른 작용제도 본 발명을 위하여 편리하게 사용될 수 있다. AFt 및 AFm 상의 형성을 위한 활성화제는 무기 및 유기 용해성 칼슘 화합물을 포함하며, 그 구체적인 예로서는, 칼슘 하이드록사이드, 칼슘 니트레이트, 칼슘 아세테이트, 칼슘 포르메이트, 칼슘 티오시아네이트, 등이 있다. 지연제의 예로서는, 소듐 및 칼슘 글루코네이트, 수크로오스 및 다른 탄수화물 및 탄수화물 유도체, 시트르산 및 시트레이트, 등이 있다. 방수 및 발수제의 예로서는, 오르가노실리콘 화합물(예를 들어, 실리콘(silicones)), 실란 및 실록산, 콜로이드성 및 나노 실리카, 칼슘 스테아레이트, 등이 있으며, 유사한 효과를 갖는 임의의 다른 물질도 편리하게 사용될 수 있다. 앞에서 언급한 추가 성분들은 칼슘 알루미네이트 수화물 형성 화합물 및 고흡수성 폴리머와 함께 단일 제품의 형태로 제형화될 수도 있고, 또는 잔류 콘크리트의 혼합 동안에 개별적으로 첨가될 수도 있다.Examples of solidification and cure accelerators include calcium and sodium nitrate, calcium and sodium chloride, triethanolamine, sodium thiocyanate, calcium silicate hydrate, and the like, and any other agent capable of promoting hydration of cement may also be incorporated herein. Can be used conveniently. Activators for the formation of AFt and AFm phases include inorganic and organic soluble calcium compounds, and specific examples thereof include calcium hydroxide, calcium nitrate, calcium acetate, calcium formate, calcium thiocyanate, and the like. Examples of retardants include sodium and calcium gluconate, sucrose and other carbohydrate and carbohydrate derivatives, citric acid and citrate, and the like. Examples of waterproofing and water repellents include organosilicon compounds (e.g., silicones), silanes and siloxanes, colloidal and nano silicas, calcium stearate, and the like, and any other material having a similar effect is conveniently Can be used. The aforementioned additional components may be formulated in the form of a single product together with the calcium aluminate hydrate forming compound and the superabsorbent polymer, or may be added separately during the mixing of the residual concrete.
실리카 퓸 및 다른 천연 또는 합성 화산회성 재료와 같은, 비결정성 실리카를 높은 함량으로 갖는 물질이 본 발명의 입자상 재료의 내구성을 향상시키는데 사용될 수 있고, 수산화칼슘에 의하여 야기되는 풍화물(efflorescences)의 형성을 방지하는데 사용될 수 있다.Materials having a high content of amorphous silica, such as silica fume and other natural or synthetic volcanic ash materials, can be used to enhance the durability of the particulate materials of the present invention, and can form the formation of efflorescences caused by calcium hydroxide. It can be used to prevent.
거리 및 정원 설비의 분야에서 다른 유용한 적용을 위한 새로운 특성을 부여하기 위하여, 안료 및 다른 착색 물질이 주된 성분들과 함께 첨가될 수 있다. 예를 들어, 입자상 재료에 흑색, 갈색, 적색, 황색 및 녹색을 부여하기 위하여, 철, 망간, 아연 및 크롬 산화물에 기초한 안료가 사용될 수 있다. 형광 염료를 포함하는 유기 안료를 사용하여 다양한 색상 및 효과를 얻을 수 있다. 유기 및 무기 안료 및 염료 모두는 분말, 페이스트, 용액 또는 분산액의 형태로 사용될 수 있다. 그 결과 얻어진 착색된 골재는, 경화 후에, 정원 및 거리 설비용으로 사용될 수 있다. 콘크리트 혼합물 및 백색 시멘트 중의 골재의 종류 및 입자크기분포를 적절히 선택함으로써, 현저한 심미적 가치를 갖는 입자상 재료를 제조하는 것이 가능하다. 이러한 재료는 추가적으로 연마되어, 테라초 바닥재 및 다른 적용분야 용도의 단단한 천연 석재의 대체물로서 사용될 수 있다.In order to impart new properties for other useful applications in the field of street and garden equipment, pigments and other coloring materials can be added together with the main ingredients. For example, pigments based on iron, manganese, zinc and chromium oxides can be used to impart black, brown, red, yellow and green to the particulate material. Organic pigments including fluorescent dyes can be used to obtain a variety of colors and effects. Both organic and inorganic pigments and dyes can be used in the form of powders, pastes, solutions or dispersions. The resulting colored aggregate, after curing, can be used for garden and street equipment. By appropriately selecting the type and particle size distribution of the aggregate in the concrete mixture and the white cement, it is possible to produce particulate materials having significant aesthetic value. Such materials can be further polished and used as a substitute for hard natural stone for terrazzo flooring and other applications.
앞에서 언급한 성분들 외에도, 많은 다른 물질이, 본 발명의 입자상 재료에 특정한 특성을 부여하기 위하여 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 입자상 재료가 포터(potters) 및 화단을 위한 장식적 요소로서 사용되는 경우, 주된 성분들에 대한 비료의 첨가는 유용한 보완적 요소를 나타낼 수 있다. 이러한 방식에 의하여, 착색된 입자상 재료에 기인하는 장식적 효과 외에도, 비료의 제어된 방출이, 토양에 대한 영양물질의 장기간의 제어된 투여를 확보한다. 다른 적용에 있어서, 주된 성분에 대한 제초제 및/또는 살충제의 첨가는 식물을 해충 및 위험한 곤충으로부터 보호할 수 있는 물질의 제어된 방출을 확보할 수 있다.In addition to the aforementioned components, many other materials can be used to impart specific properties to the particulate material of the present invention. For example, when the particulate material of the present invention is used as a decorative element for potters and flower beds, the addition of fertilizers to the main components may represent a useful complementary element. In this way, in addition to the decorative effect attributable to the colored particulate material, the controlled release of fertilizer ensures long-term controlled administration of the nutrient to the soil. In other applications, the addition of herbicides and / or pesticides to the main component can ensure controlled release of substances that can protect plants from pests and dangerous insects.
본 발명의 또 다른 적용은, 프레시 콘크리트 혼합물 또는 다른 시멘트 조성물에 미세하게 쪼개진 플라스틱 또는 고무 재료를 첨가함으로써, 경량 골재를 제조하는 것이다. 플라스틱 또는 고무 재료가 콘크리트 또는 시멘트 혼합물 내로 포함되고 나면, 본 발명의 첨가제를 첨가하여, 플라스틱 및 고무 입자를 완전히 포함하는 입자상 재료가 생성되도록 한다. 이러한 골재는 특징적으로, 천연 골재에 비하여, 낮은 밀도를 갖게 되며, 경량 콘크리트 제조용으로 편리하게 사용될 수 있다.Another application of the present invention is to produce lightweight aggregates by adding finely divided plastic or rubber materials to fresh concrete mixtures or other cement compositions. Once the plastic or rubber material is incorporated into the concrete or cement mixture, the additives of the present invention are added to produce a particulate material that is completely comprised of the plastic and rubber particles. Such aggregates, in particular, have a lower density than natural aggregates and can be conveniently used for light weight concrete production.
제조된 후에, 본 발명의 입자상 재료는 트럭 믹서 또는 다른 혼합 장치로부터 배출되어, 제한된 크기의 지역에 벌크 상태로 저장되고 단시간 내에 경화될 수 있다. 예를 들어, 입자상 재료가 작업일의 종료시에 제조되는 경우, 다음 12 내지 24 시간 내에, 입자상 재료는 기계식 굴착기로 작업되기에 충분한 기계적 강도를 얻게 되고, 골재 저장 지역 또는 다른 목적지로 이송된다.After being prepared, the particulate material of the present invention can be discharged from a truck mixer or other mixing device, stored in bulk in a limited size area and cured in a short time. For example, when particulate material is produced at the end of the working day, within the next 12 to 24 hours, the particulate material gains sufficient mechanical strength to work with a mechanical excavator and is transferred to an aggregate storage area or other destination.
본 발명의 입자상 재료가 트럭 믹서 또는 다른 혼합 장치에서 제조되었을 때, 이미 특징적으로 우수한 형상 및 입자크기분포를 갖는 경우이더라도, 회전판(rotating plate)에서의 최종 처리에 의하여 그들의 반드러움을 더욱 향상시키는 것이 가능하다. 회전판에서 입자들이 구르게 되면, 본 발명의 입자상 재료에 구형 형상이 부여된다. 회전판은 다양한 치수를 가질 수 있으며, 그것의 경사 및 회전속도도 변화될 수 있다. 회전판에서의 입자상 재료의 체류시간은, 통상적으로 수 초 내지 수 분의 범위이다.When the particulate materials of the present invention have been produced in truck mixers or other mixing devices, even if they already have characteristically good shape and particle size distribution, it is still possible to further enhance their smoothness by final treatment on a rotating plate. It is possible. When particles roll on the rotating plate, a spherical shape is imparted to the particulate material of the present invention. The rotating plate can have various dimensions, and its tilt and rotational speed can also vary. The residence time of the particulate material in the rotating plate is usually in the range of several seconds to several minutes.
도 1은 본 발명의 방법에 따른 경량 골재의 전자현미경 사진이다.1 is an electron micrograph of a lightweight aggregate according to the method of the present invention.
본 발명의 입자상 재료의 제조, 그 결과 얻어진 제품의 특성, 및 그들의 용도는, 이하의 실시예에서 더욱 상세하게 기술된다.The production of the particulate material of the present invention, the properties of the resulting product, and their use are described in more detail in the following examples.
실시예Example 1 One
포틀랜드 시멘트(CEM I 52.5 R), 마이크로 실리카(1 ㎛의 평균입자크기분포를 갖는 비결정성 실리카), 아크릴계 고성능 가소제(Dynamon SX, 제조사: Mapei), 지연 혼합물(Mapetard, 제조사: Mapei), 골재(최대 직경 20 mm) 및 물을 혼합하여, 자기 다짐 콘크리트(SCC)를 제조하였다. 이 프레시 콘크리트 혼합물의 조성 및 특성을 하기의 표에 보고하였다.Portland cement (CEM I 52.5 R), micro silica (amorphous silica with an average particle size distribution of 1 μm), acrylic high performance plasticizer (Dynamon SX, manufactured by Mapei), delayed mixture (Mapetard, manufactured by Mapei), aggregate ( Maximum diameter 20 mm) and water were mixed to make self compacted concrete (SCC). The composition and properties of this fresh concrete mixture are reported in the table below.
표 2 : SCC (Self-Compacting-Concrete)의 조성 및 특성Table 2: Composition and Characteristics of Self-Compacting-Concrete (SCC)
실리카Silica
가소제Plasticizer
kgkg
/m/ m
33
kgkg
/m/ m
33
bwcbwc
aa
bwcbwc
aa
a bwc = 시멘트의 무게 기준(by weight of cement)
a bwc = by weight of cement
마이크로 실리카 및 고성능 가소제의 존재로 인하여, 이 프레시 콘크리트는 우수한 유동성을 가졌으며, 동시에, 분리(segregation)에 대한 내성을 가졌다. 또한, 지연제의 첨가로 인하여, 이 프레시 콘크리트의 작업성(workability)이 장시간 동안 유지되었고, 30 분 후에, 이 콘크리트는 230 mm의 동일한 초기 슬럼프 값을 가졌다.Due to the presence of micro silica and high performance plasticizers, this fresh concrete had good flowability and at the same time was resistant to segregation. In addition, due to the addition of the retardant, the workability of this fresh concrete was maintained for a long time, and after 30 minutes, the concrete had the same initial slump value of 230 mm.
이 콘크리트를 사용하여, 본 발명의 방법의 효율과 일본 실용신안 제3147832호에 기술된 방법의 효율을 비교하여 평가하였으며, 여러가지 시험 결과를 표 3에 나타내었다. 본 발명에 따른 첫 번째 시험(시험 1)에서, 알루미늄 술페이트로 이루어진 칼슘 알루미네이트 수화물 형성 화합물 48 g (잔류 콘크리트의 부피 기준으로 2.4 kg/m3의 사용량에 해당)과, 음이온성 폴리아크릴아미드로 이루어진 고흡수성 폴리머 4 g (0.2 kg/m3의 사용량에 해당)을, 표 2의 조성 및 특성을 갖는 프레시 콘크리트 혼합물 20 리터에 첨가하였다. 5 분 동안 혼합한 후, 콘크리트는 더 이상 균질하지 않았고, 고흡수성 폴리머의 겔 네트워크에 의하여 감싸여진 골재, 시멘트, 마이크로 실리카, 모래 및 칼슘 알루미네이트 수화물로 이루어진 한 떼의 입자들의 형태를 보였다. 그 다음, 이 콘크리트 혼합물은 회전판으로 이송되었고, 약 1 분 동안, 회전판에서 입자들을 굴려서, 본 발명의 입자상 재료에 구형 형상을 부여하였다. 이 시험을 통하여, 알루미늄 술페이트와 음이온성 폴리아크릴아미드의 조합은 콘크리트 혼합물로부터 개시하여 입자상 재료를 생성하였고, 이러한 과정은 미세입자의 존재 및 지연제의 높은 사용량에 독립적으로 진행된다는 것이 확인되었다. Using this concrete, the efficiency of the method of the present invention was compared with that of the method described in Japanese Utility Model No. 3147832, and various test results are shown in Table 3. In the first test (test 1) according to the invention, 48 g of calcium aluminate hydrate forming compound consisting of aluminum sulfate (corresponding to the amount of 2.4 kg / m 3 based on the volume of the residual concrete) and anionic polyacrylamide 4 g of superabsorbent polymer (corresponding to the usage amount of 0.2 kg / m 3 ) were added to 20 liters of fresh concrete mixture having the composition and properties of Table 2. After mixing for 5 minutes, the concrete was no longer homogeneous and showed the form of a bunch of particles consisting of aggregate, cement, micro silica, sand and calcium aluminate hydrate wrapped by a gel network of superabsorbent polymer. This concrete mixture was then transferred to the rotating plate and, for about one minute, the particles were rolled on the rotating plate to give a spherical shape to the particulate material of the present invention. Through this test, it was confirmed that the combination of aluminum sulphate and anionic polyacrylamide started from the concrete mixture to produce particulate material, and this process proceeds independently of the presence of fine particles and the high amount of retardant.
두 번째 시험(시험 2)은 일본 실용신안 제3147832호에 기술된 방법에 따라, 표 2의 조성물(30 분 동안의 혼합 후의 슬럼프 값 230 mm)에, 음이온성 폴리아크릴아미드로 이루어진 고흡수성 폴리머 4 g (잔류 콘트리트의 부피를 기준으로 하여 0.2 kg/m3의 사용량에 해당)을 첨가함으로써, 수행되었다. 5 분 동안의 혼합 후에, 이 콘크리트는 150 mm의 슬럼프 값을 가졌다. 이 콘크리트 혼합물을 회전판으로 이송하였으나, 추가 10 분 동안의 롤링에도 불구하고, 입자상 재료가 형성되지 않았다.The second test (test 2) was carried out in the composition of Table 2 (slump value 230 mm after mixing for 30 minutes) according to the method described in Japanese Utility Model No. 3147832, the superabsorbent polymer 4 consisting of anionic polyacrylamide. by adding g (corresponding to the usage amount of 0.2 kg / m 3 based on the volume of residual concrete). After 5 minutes of mixing, this concrete had a slump value of 150 mm. This concrete mixture was transferred to a swivel but, despite rolling for an additional 10 minutes, no particulate material formed.
세 번째 시험(시험 3)에서는, 시험 2의 고흡수성 폴리머의 사용량을 0.6 kg/m3로 증가시켰다. 5 분 동안의 혼합 후에, 표 2의 콘크리트 조성물의 슬럼프 값은 70 mm로 감소하였고, 이 콘크리트의 외관은 뻑뻑(stiff)하였다. 이 콘크리트 조성물은 회전판으로 이송되었고, 거기에서, 회전 운동의 효과에 의하여, 큰 직경의 입자로 변형되었다. 회전판에서의 롤링을 더 계속함에 따라, 이들 입자는 단일의 덩어리로 응집하였고, 이 단일의 덩어리는 더 이상 분리 가능하지 않았다. 시험 2 및 3에서 명백하게 나타난 바와 같이, 미세입자 함량이 매우 높고 지연제를 함유하는 콘크리트 혼합물의 경우에, 고흡수성 폴리머의 사용 만으로는 입자상 재료를 얻는 것이 불가능하다.In the third test (test 3), the amount of superabsorbent polymer used in test 2 was increased to 0.6 kg / m 3 . After 5 minutes of mixing, the slump values of the concrete compositions of Table 2 were reduced to 70 mm and the appearance of this concrete was stiff. This concrete composition was transferred to the rotating plate, where it was transformed into particles of large diameter by the effect of the rotary motion. As further rolling on the rotor plate, these particles aggregated into a single mass, which was no longer separable. As is evident in tests 2 and 3, in the case of concrete mixtures with very high microparticle content and containing retardants, it is impossible to obtain particulate materials only with the use of superabsorbent polymers.
네 번째 시험(시험 4)에서는, 알루미늄 술페이트로 이루어진 칼슘 알루미네이트 수화물 형성 화합물 72 g (잔류 콘크리트의 부피 기준으로 3.6 kg/m3의 사용량에 해당)을 표 2의 콘크리트 조성물에 첨가하였으며, 고흡수성 폴리머는 사용하지 않았다. 5 분 동안의 혼합 후에, 시멘트 혼합물을 건조되었고, 입자상 재료가 믹서에서 형성되지 않았으며, 이렇게 얻어진 시멘트 재료의 외관은 균질하지 않았다. 이 시험을 통하여, 입자상 재료를 얻기 위해서는, 칼슘 알루미네이트 수화물 형성 화합물과 고흡수성 폴리머 둘 다가 필요함이 확인되었다. In the fourth test (Test 4), 72 g of calcium aluminate hydrate-forming compound consisting of aluminum sulfate (corresponding to the usage amount of 3.6 kg / m 3 based on the volume of residual concrete) was added to the concrete composition of Table 2, No absorbent polymer was used. After 5 minutes of mixing, the cement mixture was dried, no particulate material was formed in the mixer, and the appearance of the cement material thus obtained was not homogeneous. Through this test, it was confirmed that both a calcium aluminate hydrate forming compound and a super absorbent polymer were required to obtain a particulate material.
이들 시험들의 결과를 표 3에 요약하였다.The results of these tests are summarized in Table 3.
표 3: 자기 다짐형 콘크리트에 대한 시험 결과Table 3: Test results for self compacting concrete
exam
Final product
수화물 형성 화합물Calcium aluminate
Hydrate Forming Compound
이 실시예로부터 명백하게 나타난 바와 같이, 표 2의 콘크리트 혼합물로부터 입자상 재료를 얻기 위해서는, 칼슘 알루미네이트 수화물 형성 화합물을 고흡수성 폴리머에 첨가하는 것이 필요하였다.
As is evident from this example, in order to obtain particulate material from the concrete mixture of Table 2, it was necessary to add the calcium aluminate hydrate forming compound to the superabsorbent polymer.
실시예Example 2 2
이 실시예는, 작업 현장으로부터 콘크리트 혼합 공장에 이르는 경로 동안에 콘크리트가 굳는 것을 방지하기 위하여 과잉의 물이 트럭 믹서에 첨가되는 경우에, 잔류 콘크리트의 유동성을 회복하는 조건을 모사한다.This embodiment simulates the condition of restoring the fluidity of residual concrete when excess water is added to the truck mixer to prevent concrete from solidifying during the path from the work site to the concrete mixing plant.
220±10 mm의 초기 슬럼프 값을 특징으로 하는 콘크리트 회분(batch)들을, 포틀랜드 시멘트(CEM II/A-LL 42.5), 아크릴계 고성능 가소제(Dynamon SX, 제조사: Mapei), 및 골재(최대 직경: 30 mm)를 사용하여 믹서에서 제조하였다. 90 분 동안의 혼합 후에, 슬럼프 값을 다시 측정하였고, 240±10 mm의 슬럼프 값을 회복하기 위하여 물을 첨가하였으며, 이를 통하여, 과잉의 물을 가진 채, 콘크리트 혼합 공장으로 회송되는 재활용 콘크리트의 조건을 모사하였다. 시험 5, 6, 7 및 8에서는, 본 발명에 따라 칼슘 알루미네이트 수화물 형성 화합물과 고흡수성 폴리머를 첨가하였고, 반면에, 비교 시험 9에서는, 고흡수성 폴리머 만을 사용하였으며, 이를 표 4에 나타내었다.Concrete batches characterized by an initial slump value of 220 ± 10 mm were selected from Portland Cement (CEM II / A-LL 42.5), acrylic high performance plasticizer (Dynamon SX, manufactured by Mapei), and aggregate (maximum diameter: 30). mm) in a mixer. After 90 minutes of mixing, the slump value was measured again and water was added to recover the slump value of 240 ± 10 mm, through which the conditions of recycled concrete returned to the concrete mixing plant with excess water. Was simulated. In tests 5, 6, 7 and 8, calcium aluminate hydrate forming compounds and superabsorbent polymers were added according to the invention, whereas in comparative test 9 only superabsorbent polymers were used, which are shown in Table 4.
표 4: 과잉의 물을 갖는 재활용 콘크리트의 모사를 위하여 사용된 콘크리트의 조성 및 특성Table 4: Compositions and properties of concrete used to simulate recycled concrete with excess water
(본 발명)Test 5
(Invention)
(본 발명)Exam 6
(Invention)
(본 발명)Test 7
(Invention)
(본 발명)Exam 8
(Invention)
(비교예)Exam 9
(Comparative Example)
(kg/cm3)Cement usage
(kg / cm 3 )
(% bwca)High performance plasticizer
(% bwc a )
(3분)Early slump
(3 minutes)
슬럼프90 minutes later
slump
슬럼프를 회복하기 위하여 첨가된 과잉의 물
(%)240 ± 10 mm
Excess water added to recover slump
(%)
(kg/m3)Anionic polyacrylamide
(kg / m 3 )
(kg/m3)gypsum
(kg / m 3 )
a bwc = 시멘트의 무게 기준(by weight of cement) a bwc = by weight of cement
b 폴리아크릴아미드를 알루미늄 술페이트 후 2 분에 첨가하였음. b Polyacrylamide was added 2 minutes after aluminum sulphate.
c 알루미늄 술페이트와 폴리아크릴아미드를 단일 제품의 형태로 함께 첨가하였음.
c Aluminum sulphate and polyacrylamide were added together in the form of a single product.
알루미늄 술페이트와 폴리아크릴아미드의 첨가로부터 5 분 후에, 콘크리트 시험 5, 6, 7 및 8은 믹서에서 직접 입자상 재료로 변형되어, 작은 치수의 반드러운 입자들의 군집을 생성하였다. 이러한 결과들이 명백하게 표시하는 바와 같이, 본 발명의 방법은, 특징적으로 과잉의 물을 갖는 잔류 콘크리트의 경우에도 효과적이다. 반면에, 음이온성 폴리아크릴아미드 만을 함유하는 비교예 콘크리트 시험 9는 입자상 재료로 변형될 수 없었다. 이 콘크리트는 회전판으로 이송되었고, 거기에서, 입자화되어, 특징적으로 젖어 있는 외관을 갖는 입자를 생성하였다. 20 분이 넘도록 회전판의 롤링을 계속하자, 이 입자상 재료는 더 큰 입자로 응집하였으며, 결국, 가소성 덩어리(plastic mass)가 되었다. 이 실시예에 나타난 바와 같이, 과잉의 물을 함유하는 잔류 콘크리트로부터 입자상 재료를 얻기 위해서는, 칼슘 알루미네이트 수화물 형성 화합물을 고흡수성 폴리머에 첨가하는 것이 필요하였다.
After 5 minutes from the addition of aluminum sulphate and polyacrylamide, concrete tests 5, 6, 7 and 8 were transformed into particulate material directly in the mixer, creating a population of smooth particles of small dimensions. As these results clearly indicate, the method of the present invention is effective even in the case of residual concrete which is characteristically having excess water. On the other hand, Comparative Concrete Test 9 containing only anionic polyacrylamide could not be transformed into particulate material. This concrete was transferred to a rotating plate where it was granulated to produce particles with a characteristically wet appearance. As the rolling of the rotating plate continued for more than 20 minutes, the particulate material aggregated into larger particles, eventually resulting in a plastic mass. As shown in this example, in order to obtain a particulate material from residual concrete containing excess water, it was necessary to add a calcium aluminate hydrate forming compound to the superabsorbent polymer.
실시예Example 3 3
이 실시예에서 실증하고자 하는 사항은, 본 발명의 방법에 따라 칼슘 알루미네이트 수화물 형성 화합물과 고흡수성 폴리머 둘 다를 사용하여 제조된 시멘트 재료의 특성이, 고흡수성 폴리머 만을 사용하는 일본 실용신안 제3147832호에 기술된 방법에 의하여 얻어진 것과 실질적으로 다르다는 점이다.What is to be demonstrated in this embodiment is that Japanese Utility Model No. 3147832, in which the properties of cement materials prepared using both calcium aluminate hydrate-forming compounds and superabsorbent polymers according to the method of the present invention, use only superabsorbent polymers. It is substantially different from that obtained by the method described in.
특징적으로 220±10 mm의 초기 슬럼프 값을 갖는 콘크리트 회분들을, 포틀랜드 시멘트(CEM II/A-LL 42.5, 사용량 300 kg/m3), 아크릴계 고성능 가소제(Dynamon SX, 제조사: Mapei), 및 골재(최대 직경 30 mm)를 사용하여, 믹서에서 제조하였다.Characteristic concrete ash with an initial slump value of 220 ± 10 mm is characterized by portland cement (CEM II / A-LL 42.5, 300 kg / m 3 usage), acrylic high performance plasticizer (Dynamon SX, manufactured by Mapei), and aggregates. (Maximum diameter 30 mm) using a mixer.
30 분 동안의 혼합 후에, 앞에서 언급한 콘크리트 혼합물의 슬럼프 값은 약 80 mm이었고, 시험 10에서는, 본 발명에 따라 칼슘 알루미네이트 수화물 형성 화합물과 고흡수성 폴리머를 첨가하였으며, 비교 시험 11에서는, 고흡수성 폴리머 만을 사용하였다. 이를 하기 표 5에 나타내었다.After 30 minutes of mixing, the slump value of the aforementioned concrete mixture was about 80 mm, and in test 10, calcium aluminate hydrate forming compound and superabsorbent polymer were added according to the invention, and in comparative test 11, superabsorbent Only polymer was used. This is shown in Table 5 below.
표 5: 실시예 3에서 사용된 콘크리트의 조성 및 특성Table 5: Composition and Properties of Concrete Used in Example 3
(본 발명)Exam 10
(Invention)
(비교예)Test 11
(Comparative Example)
a bwc = 시멘트의 무게 기준(by weight of cement) a bwc = by weight of cement
b 폴리아크릴아미드를 알루미늄 술페이트와 함께 첨가하였음.
b Polyacrylamide was added with aluminum sulphate.
비록, 본 발명에 따른 시험 10의 잔류 콘크리트와 비교 시험 11의 잔류 콘크리트 둘 다가, 회전판에서의 혼합에 의하여 입자상 재료로 변형될 수 있지만, 베베 콘시스턴시 테스트(Vebe consistency test)에 의하여 실증되는 바와 같이, 그들의 특성은 완전히 다르다. EN 12350-3 표준 시험법에 따르면, 이 시험법은 슬럼프 측정이 안 되는 뻑뻑한(stiff) 콘크리트의 콘시스턴시의 측정을 제공한다. 이들 경우에 있어서, 콘시스턴시는, 주어진 질량의 프레시 콘크리트가 외부 진동에 의하여 원통형 몰드에서 고화(consolidated)되는데 요구되는 시간(초 단위)으로 표현된다. 시험 10 및 11의 베베 테스트 결과는 하기 표 6에 보고되어 있다.Although both the residual concrete of Test 10 according to the present invention and the residual concrete of Comparative Test 11 can be transformed into particulate materials by mixing in a rotating plate, as demonstrated by the Bebe consistency test, Likewise, their characteristics are totally different. According to the standard EN 12350-3 test method, this test method provides a measure of the consistency of stiff concrete that is not slumped. In these cases, consistency is expressed as the time (in seconds) required for a given mass of fresh concrete to be solidified in the cylindrical mold by external vibration. The Bebe test results of trials 10 and 11 are reported in Table 6 below.
표 6: 본 발명의 방법에 따라 처리된 잔류 콘크리트(시험 10)와, 고흡수성 폴리머 만을 사용하여 처리된 잔류 콘크리트(비교 시험 11)에 대한 베베 테스트 결과Table 6: Bebe test results for residual concrete treated according to the method of the present invention (test 10) and residual concrete treated using only superabsorbent polymer (comparative test 11)
Test sample
(본 발명)Particulate Material of Test 10
(Invention)
(비교예)Particulate Material of Test 11
(Comparative Example)
표 6의 결과가 명확하게 표시하는 바와 같이, 시험 10과 시험 11의 입자상 재료의 베베 테스트에 따른 거동은 서로 완전히 달랐다. 실제로, 비교 시험 11의 입자상 재료는, 외부 진동이 가해지는 동안, 통상적인 뻑뻑한(stiff) 콘크리트처럼, 자신을 다져서 수 초 동안 원통형 몰드를 완전히 채웠으나, 시험 10의 입자상 재료는, 외부 진동을 시작한 직후에, 점착력이 없는 재료처럼, 무너져 내렸다. 이 결과가 나타내는 바는, 본 발명에 따라 칼슘 알루미네이트 수화물 형성 화합물과 고흡수성 폴리머 둘 다 존재하면, 고흡수성 폴리머 만을 사용하여 얻은 입자상 재료와는 실질적으로 다르고 훨씬 더 건조한 입자상 재료가 생성된다는 것이다.As the results in Table 6 clearly show, the behavior according to the Bebe test of the particulate material of Test 10 and Test 11 was completely different from each other. Indeed, the particulate material of comparative test 11, like conventional stiff concrete, filled itself with the cylindrical mold for several seconds while external vibration was applied, but the particulate material of test 10 started external vibration. Immediately afterwards, it collapsed, like a material without adhesion. The results indicate that the presence of both calcium aluminate hydrate forming compounds and superabsorbent polymers in accordance with the present invention results in a substantially drier particulate material that is substantially different from the particulate material obtained using only the superabsorbent polymer.
비교 시험 11 및 시험 10의 콘크리트 혼합물을 회전판의 도움을 받아 입자상 재료로 변형한 후, 표준 조건(23 ℃ 및 상대습도 95 %)에서 28 일 동안 경화하였다. 경화 후에, 각 시험의 10 내지 20 mm 사이의 분획을 별도로 수집하였고, 각 분획에 대한 물 흡수도를 UNI-EN 1097-6:2002 시험법에 따라 측정하였다. 하기 표 7의 결과가 나타내는 바와 같이, 본 발명에 따라 제조된 시험 10의 입자상 재료는, 비교 시험 11의 입자상 재료에 비하여, 특징적으로 훨씬 더 낮은 물 흡수도를 가지며, 그에 따라, 콘크리트용 골재로서 사용될 수 있다.The concrete mixtures of Comparative Tests 11 and 10 were transformed into particulate materials with the aid of a rotating plate and then cured for 28 days at standard conditions (23 ° C. and 95% relative humidity). After curing, fractions between 10 and 20 mm of each test were collected separately and the water uptake for each fraction was measured according to the UNI-EN 1097-6: 2002 test method. As the results of Table 7 show, the particulate material of Test 10 prepared according to the present invention has a significantly lower water absorption than the particulate material of Comparative Test 11, and thus, as aggregate for concrete Can be used.
표 7: 본 발명의 입자상 재료(시험 10)와 고흡수성 폴리머 만을 사용하여 얻은 입자상 재료(비교 시험 11)에 대한 물 흡수도 시험 결과Table 7: Water Absorption Test Results for Particulate Materials (Comparative Test 11) Obtained Using Only Particulate Materials (Test 10) and Super Absorbent Polymers of the Invention
(본 발명)Particulate Material of Test 10
(Invention)
(비교예)Particulate Material of Test 11
(Comparative Example)
실시예Example 4 4
이 실시예에서는, 시험 10의 방법에 따라 제조된 입자상 재료를, 표준 조건(23 ℃ 및 상대습도 95%)에서 28 일 동안 경화한 후에, 프레시 콘크리트 제조용 천연 골재의 대체물로서 시험하였다. 동일한 시멘트 사용량, 물 대 시멘트 비율 및 유사한 골재 등급을 갖는 두 개의 콘크리트 혼합물을 제조하였다. 첫 번째 콘크리트(시험 12)는, 천연 골재의 부분적 대체물로서 시험 10의 입자상 재료를 일 부분 사용하여 제조된 반면, 두 번째 콘크리트(비교 시험 13)는 천연 골재 만을 사용하여 제조되었다. 시험 12의 콘크리트의 제조의 경우, 시험 10의 입자상 재료 전체를 이용하는 것이 가능하지 않았는데, 이는, 본 발명의 제조 공정이 잔류 콘트리트의 원래 골재의 등급을 증가시키기 때문이다. 실제로, 고흡수성 폴리머, 시멘트, 모래 및 더욱 미세한 골재의 겔 네트워크에 의한 골재 감싸기로 인하여, 결과적으로 얻어지는 입자상 재료에서는 원래 골재의 미세입자 분획이 결핍되었으며, 더 큰 입자 분획이 과잉으로 존재하였다. 여러 콘크리트 회분들의 조성이 하기 표 8에 보고되어 있다.In this example, the particulate material prepared according to the method of Test 10 was cured for 28 days at standard conditions (23 ° C. and 95% relative humidity) and then tested as a replacement for natural aggregate for fresh concrete production. Two concrete mixtures were prepared with the same cement usage, water to cement ratio and similar aggregate grades. The first concrete (test 12) was made using some of the particulate material from test 10 as a partial replacement for natural aggregates, while the second concrete (comparative test 13) was made using only natural aggregates. For the production of the concrete of test 12, it was not possible to utilize the whole of the particulate material of test 10, because the manufacturing process of the present invention increases the grade of the original aggregate of residual concrete. Indeed, due to the aggregate wrapping by the gel networks of superabsorbent polymers, cement, sand and finer aggregates, the resulting particulate material originally lacked the fine particle fraction of the aggregate and the larger particle fraction was present in excess. The composition of the various concrete ashes is reported in Table 8 below.
표 8: 본 발명의 시험 10으로부터 얻은 재활용 골재로 제조된 콘크리트 및 같은 등급의 천연 골재로 제조된 기준 콘크리트의 조성Table 8: Composition of concrete made from recycled aggregates from test 10 of the present invention and reference concrete made from natural aggregates of the same grade
a bwc = 시멘트 무게 기준(by weight of cement)
a bwc = by weight of cement
콘크리트 시험 결과는 하기 표 9에 보고되어 있으며, 본 발명의 입자상 재료가 콘크리트 제조용 천연 골재의 대체물로서 사용될 수 있음을 나타내고 있다. 실제로, 시험 10의 재활용 골재로 제조된 콘크리트의 성능이, 유사한 등급의 천연 골재로 제조된 콘크리트의 성능보다 훨씬 더 우수하였다.The concrete test results are reported in Table 9 below, indicating that the particulate material of the present invention can be used as a substitute for natural aggregate for concrete production. Indeed, the performance of concrete made from recycled aggregates in Test 10 was much better than that of concrete made from similar grades of natural aggregates.
표 9: 본 발명의 시험 10으로부터 얻은 재활용 골재로 제조된 콘크리트 시험 결과 및 같은 등급의 천연 골재로 제조된 기준 콘크리트의 시험 결과Table 9: Test results of concrete made from recycled aggregates from test 10 of the present invention and test results of reference concrete made from natural aggregates of the same grade
번호
exam
number
W / C
Slump (mm)
함량 (%)
air
content (%)
(kg/m3)
importance
(kg / m 3 )
20 ℃, 상대습도 95%Mechanical strength (MPa)
20 ℃, 95% relative humidity
놀랍게도, 본 발명에 따라 제조된 시험 10의 골재를 갖는 콘크리트는, 천연 골재로 제조된 콘크리트 보다 더 적은 혼합수를 필요로 하였으며, 프레시 혼합물의 유동성을 더 긴 시간 동안 유지하였다. 감소된 물 대 시멘트 비율(W/C)의 결과로서, 본 발명의 골재로 제조된 콘크리트는 명백하게 더 높은 기계적 강도를 가졌다.
Surprisingly, the concrete with the test 10 aggregate prepared according to the present invention required less mixed water than the concrete made from natural aggregate, and maintained the flowability of the fresh mixture for a longer time. As a result of the reduced water to cement ratio (W / C), the concrete made from the aggregates of the present invention obviously had higher mechanical strength.
실시예Example 5 5
220±10 mm의 초기 슬럼프 값을 갖는 콘크리트 회분들을, 포틀랜드 시멘트(CEM II/A-LL 42.5), 아크릴계 고성능 가소제(Dynamon SX, 제조사: Mapei) 및 골재(최대 직경 30 mm)를 사용하여, 믹서에서 제조하였다. 본 발명에 따른 칼슘 알루미네이트 수화물 형성 화합물과 고흡수성 폴리머의 혼합물 및 분말 형태의 적색 안료(Bayferrox 110C)를 하기 표 10에 나타난 바와 같이 첨가하였다.Concrete ashes with an initial slump value of 220 ± 10 mm, using Portland cement (CEM II / A-LL 42.5), acrylic high performance plasticizer (Dynamon SX, manufactured by Mapei) and aggregate (maximum diameter 30 mm), Prepared in a mixer. A mixture of the calcium aluminate hydrate forming compound and the superabsorbent polymer and powdered red pigment (Bayferrox 110C) according to the invention was added as shown in Table 10 below.
표 10: 실시예 5의 콘크리트의 조성 및 특성Table 10 Composition and Properties of Concrete of Example 5
a bwc = 시멘트의 무게 기준(by weight of cement) a bwc = by weight of cement
b 폴리아크릴아미드를 알루미늄 술페이트와 함께 첨가하였음.
b Polyacrylamide was added with aluminum sulphate.
5 분 동안의 혼합 후에, 적색 입자상 재료가 제조되었고, 이것은, 경화 후에, 거리 및 정원 설비로서 사용될 수 있다.
After 5 minutes of mixing, a red particulate material was produced, which, after curing, can be used as street and garden equipment.
실시예Example 6 6
이 실시예는 본 발명의 방법에 따른 경량 골재의 제조를 기술한다.This example describes the production of lightweight aggregate according to the method of the present invention.
6 kg의 CEMI 52.5R 포틀랜드 시멘트, 18 kg의 천연 모래(최대 직경 4 mm), 및 2.5 kg의 재활용 플라스틱(섬유 형태, 평균 길이 0.3 cm)을 실험실 믹서에서 철저하게 혼합하였다. 2.76 kg의 물 및 60 g의 Dynamon SP3 고성능 가소제(제조사: Mapei)를 첨가하였고, 그 결과 얻어진 시멘트 조성물을 5 분 동안 혼합하였다. 이어서, 10.5 g의 고흡수성 폴리머(음이온성 폴리아크릴아미드계) 및 240 g의 알루미늄 술페이트를 양자 모두 분말의 형태로 첨가하였다. 추가 5 분 동안의 혼합 후에, 복합 시멘트 조성물은 입자상 재료로 변형되었고, 도 1의 전자현미경 사진에 나타난 바와 같이, 모든 플라스틱 섬유는 입자 내에 포함되고 결합되었다. 이 입자상 재료의 경화 후 밀도는, 23 ℃ 및 상대습도 95%에서 7 일 동안의 경화 후에 측정하였을 때, 1.960 kg/m3이었으며, 이로부터, 이들 재료가 경량 골재의 제조에 사용될 수 있음을 확인할 수 있다.
6 kg of CEMI 52.5R Portland cement, 18 kg of natural sand (up to 4 mm in diameter), and 2.5 kg of recycled plastic (fiber form, average length 0.3 cm) were thoroughly mixed in a laboratory mixer. 2.76 kg of water and 60 g of Dynamon SP3 high performance plasticizer (manufactured by Mapei) were added and the resulting cement composition was mixed for 5 minutes. Then, 10.5 g of superabsorbent polymer (anionic polyacrylamide system) and 240 g of aluminum sulfate were both added in the form of a powder. After an additional 5 minutes of mixing, the composite cement composition was transformed into particulate material, and as shown in the electron micrograph of FIG. 1, all plastic fibers were contained and bonded within the particles. The post-curing density of this particulate material was 1.960 kg / m 3 , measured after 7 days of curing at 23 ° C. and 95% relative humidity, from which it can be seen that these materials can be used for the production of lightweight aggregates. Can be.
실시예Example 7 7
이 실시예는, 본 발명의 방법을, 트럭 믹서에서 직접, 프레시 잔류 콘크리트 혼합물에 적용하는 것을 기술한다.This embodiment describes the application of the method of the invention to a fresh residual concrete mixture, directly in a truck mixer.
시멘트(CEMI 42.5 A-LL) 사용량이 330 kg/m3이고, W/C = 0.48 이고, 슬럼프 값이 210 mm인 잔류 콘크리트 2 입방미터를 트럭 믹서의 드럼에 채웠다. 1 kg (잔류 콘크리트의 부피를 기준으로, 0.5 kg/m3)의 음이온성 폴리아크릴아미드 분말 및 12 kg의 알루미늄 술페이트 (잔류 콘크리트의 부피를 기준으로, 6 kg/m3)를 드럼의 상부 개구부를 통하여 잔류 콘크리트에 첨가하였다. 7 분간의 혼합 후에, 드럼의 회전 방향을 거꾸로 하였고, 본 발명의 방법에 따라 잔류 콘크리트로부터 형성된 입자상 재료를 배출한 후, 벌크 상태로 경화되도록 하였다.The drum of the truck mixer was filled with 2 cubic meters of residual concrete with a cement (CEMI 42.5 A-LL) usage of 330 kg / m 3 , W / C = 0.48 and a slump value of 210 mm. 1 kg of anionic polyacrylamide powder (0.5 kg / m 3 based on the volume of residual concrete) and 12 kg of aluminum sulfate (6 kg / m 3 based on the volume of residual concrete) It was added to the residual concrete through the openings. After 7 minutes of mixing, the direction of rotation of the drum was reversed and the particulate material formed from the residual concrete was discharged according to the method of the present invention and then allowed to cure in bulk.
본 발명에 따라 형성된 입자상 재료를 배출한 후에, 놀랍게도, 트럭 믹서의 드럼의 내부가 매우 깨끗한 것이 발견되었다.After discharging the particulate material formed according to the invention, it was surprisingly found that the interior of the drum of the truck mixer was very clean.
이 실시예가 실증하는 바와 같이, 본 발명의 방법에 의하여, 잔류 콘크리트를, 콘크리트 제조용 골재로서 재사용될 수 있는 입자상 재료로 변형함으로써, 고체 폐기물의 생성을 방지하는 것이 가능할 뿐만 아니라, 혼합 공장에서의 폐수의 생성량 및 물 소비량을 감소시키는 것 또한 가능하게 된다.
As this embodiment demonstrates, by the method of the present invention, it is not only possible to prevent the generation of solid waste by transforming residual concrete into particulate material that can be reused as aggregate for concrete production, but also to waste water in the mixing plant. It is also possible to reduce the amount of water produced and the consumption of water.
Claims (10)
Use of the particulate material according to claim 9 as road pavement, concrete aggregates, street and garden furniture, natural stone substitutes and lightweight aggregates.
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